你不得不掌握的電磁兼容設計的常見問題

你知道什么是電磁兼容嗎?有哪些問題呢?本篇文章為你普及一下電磁兼容設計中常見的小問題，千萬不要錯過咯!

1. 為什么要對產品做電磁兼容設計?

答：滿足產品功能要求、減少調試時間，使產品滿足電磁兼容標準的要求，使產品不會對系統中的其它設備產生電磁干擾或影響周邊設備工作環境。

2.對產品做電磁兼容設計可以從哪幾個方面進行?

答：電路設計(包括器件選擇)、軟件設計、線路板設計、屏蔽結構、信號線/電源線濾波、電路的接地方式設計等。

3.在電磁兼容領域，為什么總是用分貝(dB)的單位描述?10mV是多少dBmV?

答：因為要描述的幅度和頻率范圍都很寬，在圖形上用對數坐標更容易表示，而dB就是用對數表示時的單位，10mV是20dBmV。

4.為什么頻譜分析儀不能觀測靜電放電等瞬態干擾?

答：因為頻譜分析儀是一種窄帶掃頻接收機，它在某一時刻僅接收某個頻率范圍內的能量。而靜電放電等瞬態干擾是一種脈沖干擾，其頻譜范圍很寬，但時間很短，這樣頻譜分析儀在瞬態干擾發生時觀察到的僅是其總能量的一小部分，不能反映實際的干擾情況。

5.在現場進行電磁干擾問題診斷時，往往需要使用近場探頭和頻譜分析儀，怎樣用同軸電纜制作一個簡易的近場探頭?

答：將同軸電纜的外層(屏蔽層)剝開，使芯線暴露出來，將芯線繞成一個直徑1~2厘米小環(1~3匝)，焊接在外層上。

6.一臺設備，原來的電磁輻射發射強度是300mV/m，加上屏蔽箱后，輻射發射降為3mV/m，這個機箱的屏蔽效能是多少dB?

答：這個機箱的屏蔽效能應為40dB。

7.設計屏蔽機箱時，根據哪些因素選擇屏蔽材料?

答：從電磁屏蔽的角度考慮，主要要考慮所屏蔽的電場波的種類。對于電場波、平面波或頻率較高的磁場波，一般金屬都可以滿足要求，對于低頻磁場波，要使用導磁率較高的材料。

8.機箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影響以外，還受什么因素的影響?

答：受兩個因素的影響，一是機箱上的導電不連續點，例如孔洞、縫隙等;另一個是穿過屏蔽箱的導線，如信號電纜、電源線等。

9.屏蔽磁場輻射源時要注意什么問題?

答：由于磁場波的波阻抗很低，因此反射損耗很小，而主要靠吸收損耗達到屏蔽的目的。因此要選擇導磁率較高的屏蔽材料。另外，在做結構設計時，要使屏蔽層盡量遠離輻射源(以增加反射損耗)，盡量避免孔洞、縫隙等靠近輻射源。

10.在設計屏蔽結構時，有一個原則是：盡量使機箱內的電纜遠離縫隙和孔洞，為什么?

答：由于電纜近旁總是存在磁場，而磁場很容易從孔洞泄漏(與磁場的頻率無關)。因此，當電纜距離縫隙和孔洞很近時，就會發生磁場泄漏，降低總體屏蔽效能。

11.測量人體的生物磁信息是一種新的醫療診斷方法，這種生物磁的測量必須在磁場屏蔽室中進行，這個屏蔽室必須能屏蔽從靜磁場到1GHz的交變電磁場，請提出這個屏蔽室的設計方案。

答：首先考慮屏蔽材料的選擇問題，由于要屏蔽頻率很低的磁場，因此要使用高導磁率的材料，比如坡莫合金。由于坡莫合金經過加工后，導磁率會降低，必須進行熱處理。因此，屏蔽室要作成拼裝式的，由板材拼裝而成。事先將各塊板材按照設計加工好，然后進行熱處理，運輸到現場，十分小心的進行安裝。每塊板材的結合處要重疊起來，以便形成連續的磁通路。這樣構成的屏蔽室能夠對低頻磁場有較好的屏蔽效能，但縫隙會產生高頻泄漏。為了彌補這個不足，在坡莫合金屏蔽室的外層用鋁板焊接成第二層屏蔽，對高頻電磁場起到屏蔽作用。

12.什么是截止波導板(蜂窩板)，什么場合使用，使用時要注意什么問題?

答：由許多截止波導管組成的陣列板，需要較高的屏蔽效能和通風量時使用，使用時要注意蜂窩板與機箱之間要使用電磁密封襯墊安裝，或焊接起來。

13.有一臺塑料機殼的設備，電磁輻射超標，為了使其滿足電磁兼容標準的要求，開發人員在機殼內部用導電漆噴涂，結果沒有明顯改善，請分析可能會是什么原因。

答：原來的塑料機箱上孔洞過多、過大，產生嚴重的泄漏，也可能是縫隙不嚴(可能是接觸不緊，也可能是在結合處沒有噴導電漆)，產生泄漏。另外，原來機箱上的電纜(信號線、電源線)一般沒有良好的濾波措施，這些電纜造成機箱泄漏。

14.透明屏蔽窗有哪幾種，使用時要注意什么問題?

答：有玻璃夾金屬網構成的屏蔽窗和在玻璃上鍍上很薄的金屬膜構成的屏蔽窗兩種。在使用時，要注意金屬網或導電鍍膜一定要與屏蔽機箱的基體導電性緊密接觸。

15.在CRT顯示器的屏幕上使用金屬網夾層的屏蔽玻璃時，會有令人討厭的條紋，怎樣減小這種現象?

答：將絲網的方向旋轉一下，使緯線與顯象管的掃描線之間形成15~20度夾角。

16.電磁密封襯墊的兩個關鍵特性是什么?列出盡可能多的電磁密封襯墊種類，并說明各種產品的適用場合。

答：電磁密封襯墊必須具備的兩個特性是彈性和導電性。常用電磁密封襯墊的種類有：指形簧片、金屬網襯墊、導電橡膠、導電布包裹發泡橡膠、螺旋管等，除了有切向滑動接觸的場合外，避免使用指形簧片，有環境密封要求時，使用導電橡膠，其它場合可使用導電布襯墊，需要屏蔽的頻率不高時，也可用絲網襯墊，能夠確保不會過量壓縮時，可使用螺旋管。

17.使用電磁密封襯墊時要注意什么問題?

答：面板的厚度適當，防止在襯墊的反彈力作用下發生形變，造成更大的縫隙，面板厚度較薄時，緊固螺釘的間隔要較小。設置限位結構，防止過量壓縮，選擇適當的金屬材料，減小電化學腐蝕。

18.一個屏蔽機箱上，必須要穿過一根金屬桿，怎樣處理才不會破壞機箱的屏蔽效能?

答：將金屬桿的周圍通過鈹銅簧片與屏蔽基體可靠地搭接起來。

19.電源線濾波器主要起什么作用，選型時主要考慮哪些參數，使用電源線濾波器時要注意什么問題?

答：電源線濾波器的作用是抑制傳導發射電流沿著電源線傳播。選型時要考慮插入損耗(共模和差模)、額定電流、電壓、有效的頻率范圍等參數，使用時要注意安裝方法，必須射頻接地良好，輸入輸出隔離、防止濾波過的導線部分再次污染。

20.為什么電源線濾波器的高頻濾波特性十分重要?

答：如果高頻特性不好，會導致設備的輻射發射超標或對脈沖性干擾敏感。

21.進行結構電磁兼容設計時，有一個原則是：經過濾波的電源線要盡量遠離各種信號電纜，這是為什么?

答：如果電源線與信號電纜靠得很近，信號電纜上的高頻信號會耦合到電源線上(特別是已經濾波過的部分)，造成電源線上的傳導發射超標。

22.為什么選用電源線濾波器時，不能一味追求體積小巧?

答：濾波器的體積主要由濾波器電路中的電感決定，較小的濾波器內的電感體積必須較小，這樣電感量可能較小，會導致濾波器的低頻濾波性能較差。另外，濾波器的體積較小，必須要求內部器件相互靠得很近，這樣會降低濾波器的高頻性能。

23.什么叫濾波器的插入損耗，用什么方法測量濾波器的插入損耗可以得到最保險的結果?

答：由于濾波器接入電路產生的電流、電壓損耗叫做濾波器的插入損耗，干擾濾波器應對干擾頻率的信號有盡量大的插入損耗。測量濾波器的插入損耗應采用源和負載阻抗的比值為0.1:100(或反過來)的條件來測，這時可以得到最壞條件下的結果，也就是最保險的結果。

24.一般而言，交流線濾波器可以用在直流的場合，但是直流線濾波器絕對不能用在交流的場合，這是為什么?

答：直流濾波器中使用的旁路電容是直流電容，用在交流條件下可能會發生過熱而損壞，如果直流電容的耐壓較低，還會被擊穿而損壞。即使不會發生這兩種情況，一般直流濾波器中的共模旁路電容的容量較大，用在交流的場合會發生過大的漏電流，違反安全標準的規定。

25.信號線濾波器主要起什么作用，從安裝方式上講有哪些種類，怎樣確定使用什么安裝方式的信號濾波器?

答：減小信號線上不必要的高頻成分(主要是共模的)，從而減小電纜的電磁輻射，或防止電纜作為天線接收空間電磁干擾，并傳導進機箱。有線路板上安裝和面板上安裝兩種方式，需要濾波的頻率較低時使用線路板上安裝的結構，需要濾波的頻率較高時，使用面板上安裝的結構。

26.某根信號線上傳輸的信號最高頻率為30MHz，測量表明，這根導線上有120MHz的共模干擾電流，用共模輻射公式預測，只要將這個共模電流抑制30dB，就可以滿足電磁兼容標準的要求，需要幾階的低通濾波電路?

答：按照題意，低通濾波器的截止頻率為30MHz，而在120MHz的插入損耗要大于30dB。由于N階濾波器的插入損耗增加速率為每倍頻程6N(dB)，30MHz至120MHz為兩個倍頻程，因此，N階濾波器的截止頻率若在30MHz，則在120MHz時插入損耗為程12N(dB)。若要使程12N > 30，則可取N=3，即低通濾波器的階數至少為3。

27.三端電容器為什么更適合于干擾濾波?

答：電磁干擾的頻率往往很高，因此干擾濾波器的高頻特性至關重要，三端電容巧妙地利用一個電極上的兩根引線電感構成了T型低通濾波器，而消除了傳統電容器中引線電感的不良影響，提高了高頻濾波特性，因此三端電容器更適合于干擾濾波。

28.為什么說穿心電容是干擾濾波的理想器件?

答：穿心電容是一種三端電容，但與普通的三端電容相比，由于它直接安裝在金屬面板上，因此它的接地電感更小，幾乎沒有引線電感的影響，另外，它的輸入輸出端被金屬板隔離，消除了高頻耦合，這兩個特點決定了穿心電容具有接近理想電容的濾波效果。

29.電磁干擾抑制用的磁芯與傳統上用做電感的磁芯有什么不同，當將兩者用錯時，會發生什么現象?

答：傳統上用做電感磁芯的材料具有很小的損耗，用這種磁芯作成的電感損耗很小。而電磁干擾抑制用的磁芯損耗很大，用這種磁芯制作的電感具有很大的損耗，其特性更接近電阻。當將兩者用錯時，均達不到預期的目的。如果將電磁干擾抑制用的磁芯用在普通電感上，電感的Q值很低，會使諧振電路達不到要求，或對需要傳輸的信號損耗過大。如果將普通制作電感用的磁芯用在電磁干擾抑制的場合，則由于電感與電路中的寄生電容會發生諧振，可能使某個頻率上的干擾增強。

30.若一個旁路濾波電容的容量為470pf，兩根引線的長度均為2mm，這個電容在什么頻率上濾波效果佳(提示：引線的電感按1nH/mm估算)?

答：當電容發生串聯諧振時，其阻抗最小，具有好的濾波效果。這個電容的諧振頻率為

f= 1/ [ 2p ( L C ) 1/2 ] = 1/ [ 2 ′ 3.14 ′ ( 4 ′ 10-9 ′ 470 ′ 10-12 ) 1/2 ] = 116MHz

因此，這個電容 在116MHz的頻率處濾波效果好。

31.用在外拖電纜上的信號線濾波器額定工作電壓為什么最好大于200V(盡管一般電纜中傳送的信號電壓僅幾V或十幾V)?

答：因為外拖電纜上會受到幅度很高的浪涌、靜電放電等瞬間高壓干擾的沖擊，濾波電容的耐壓要能夠承受這些高壓的沖擊。

32.什么是共模扼流圈，怎樣繞制?

答：僅對共模電流有電感作用的扼流圈稱為共模扼流圈。共模扼流圈的繞法是使兩根導線上的差模電流在磁芯中產生的磁力線方向相反，從而能夠相互抵消。當電壓較高時，去線和回線要分開繞，以保證足夠的絕緣電壓。當電壓較低時，可以雙線并繞。

33.當設備電磁輻射超標時，我們往往在電纜上套一個鐵氧體磁環。如果一臺設備的電磁輻射超標，我們在設備的一根電纜上套上一個鐵氧體磁環后，發現并沒有什么改善，這說明什么問題，應當怎樣處理?

答：有兩種可能，一種是原來的共模回路阻抗較高，共模扼流圈加入后所增加的阻抗與原來的回路阻抗相比很小，因此扼流圈的作用實際很小。另一種可能性是系統中還有其它輻射源，這根電纜的輻射減小量以分貝表示時其數值很小。如果屬于前一種情況，可以在電纜端口上使用旁路電容，減小共模回路阻抗，如果屬于第二種原因，則需要檢查其它輻射源。

34.當穿過面板的導線很多時，往往使用濾波連接器或濾波陣列板，在安裝濾波連接器或濾波陣列板時要注意什么問題?

答：要在濾波連接器或濾波陣列板與機箱面板之間安裝電磁密封襯墊或用導電膠帶將縫隙粘起來，防止縫隙處的電磁泄漏。

35.在進行電磁干擾問題分析時，往往用什么定義來描述地線?

答：將地線定義為信號的回流線。

36.導致地線干擾問題的根本原因是什么?

答：地線的阻抗是導致地線問題的根本原因，由于地線阻抗的存在，當地線上流過電流時，就會產生電壓，形成電位差，而我們在設計電路時，是假設地線上各點電位是相同的，地線電位是整個系統工作的參考電位，實際地線電位與假設條件的不同導致了各種各樣的地線問題。

37.為什么在有些進口樣機中看到有些地線通過電容或電感接地?

答：為了使地線系統對于不同頻率的信號呈現不同的地線結構。

38.列出盡可能多的降低地線射頻阻抗的方法。

答：盡量使用表面積大的導體，以減小高頻電流的電阻;盡量使導體短些，以減小電阻和電感;在導體表面鍍銀，減小表面電阻;多根導體并聯，減小電感。

39.什么是搭接，舉出幾種搭接的方法。

答：金屬構件之間的低阻抗(射頻)連接稱為搭接，搭接的方式有焊接、鉚接、螺釘連接、電磁密封襯墊連接等。

40.怎樣防止搭接點出現電化學腐蝕現象?

答：選擇電化學電位接近的金屬，或對接觸的局部進行環境密封，隔絕電解液。

41.電路或線路板電磁兼容性設計時要特別注意關鍵信號的處理，這里的關鍵信號指那些信號?

答：從電磁發射的角度考慮，關鍵信號線指周期性信號，如本振信號、時鐘信號、地址低位信號等;從敏感度的角度考慮，關鍵信號指對外界電磁干擾很敏感的信號，如低電平模擬信號。

42.為什么數字電路的地線和電源線上經常會有很大的噪聲電壓?怎樣減小這些噪聲電壓?

答：數字電路工作時會瞬間吸取很大的電流，這些瞬變電流流過電源線和地線時，由于電源線和地線電感的存在，會產生較大的反沖電壓，這就是觀察到的噪聲電壓。減小這些噪聲電壓的方法一是減小電源線和地線的電感，如使用網格地、地線面、電源線面等，另一個方法是在電源線上使用適當的解耦電容(儲能電容)。

43.在實踐中，常見到將多股導線絞起來作為高頻導體，據說這樣可以減小導線的射頻阻抗，這是為什么?

答：這樣增加了導線的表面積，從而減小了高頻電阻。

44.為什么自動布線軟件完成的線路板往往輻射較強?

答：自動布線軟件一般不能夠保證周期性信號具有較小的回路面積，因此會產生較強的輻射。

45.減小線路板電磁輻射的主要措施是什么?

答：使容易產生輻射的信號(周期性信號)具有最小的回路面積。如果線路板上有外拖電纜，輻射較強的電路遠離輸入/輸出電路，在輸入輸出電路的位置設置“干凈地"以減小電纜上的共模電壓。

46.怎樣從選器件方面減小電磁輻射?

答：選擇功耗低、上升/下降沿盡量緩、集成度盡量高的芯片。

47.在使用多層板布線時，為了避免數字電路地線與模擬電路地線相互干擾，用兩層地線面分別做數字地和模擬地，可以嗎?為什么?

答：不可以，兩層地線之間的寄生電容較大，會發生嚴重的串擾。

48.為什么在進行線路板布局時，要使高頻電路盡量遠離I/O電纜接口?

答：防止高頻信號耦合到電纜上，形成共模電壓(電流)，產生較強的共模輻射。

49.在數字電路的線路板上安裝電源解耦電容時要注意什么問題?

答：解耦電容與芯片電源引腳和地線引腳形成的回路面積要盡量小。

50.兩個屏蔽機箱之間的互聯電纜是輻射的主要原因，為了減小電纜的輻射，往往使用屏蔽電纜。屏蔽電纜要有效地抑制其電磁輻射必須滿足什么條件?

答：電纜的屏蔽層與屏蔽機箱之間360°搭接，使其滿足啞鈴模型的要求。

51.鐵氧體磁環是抑制電纜共模輻射的有效器件，在使用時要注意什么問題?

答：首先要選擇抑制電磁干擾用的鐵氧體材料，其次，磁環的內徑要盡量小，緊緊包住電纜，鐵氧體磁環的外徑和長度盡量大(在滿足空間要求的條件下)。將電纜在磁環上繞多匝，可以提高低頻的效果，但高頻的效果會變差。鐵氧體磁環的安裝位置要靠近電纜的兩端。

52.使用雙絞線提高對磁場的抗擾度時，要注意什么問題?

答：雙絞線兩端所連接的電路不能同時接地，為信號回流提供第二條路徑，最好是平衡電路。

53.如果電感性負載的通斷是由機械開關控制的，那么當開關閉合或斷開時，會在開關觸點上產生電弧放電和電磁干擾。這種干擾是開關閉合時嚴重，還是斷開時嚴重?

答：斷開時嚴重。

54.瞬態干擾抑制器件為什么不能代替濾波器，防止電路工作異常?

答：瞬態干擾抑制器件只是將幅度很高的脈沖電壓頂部削去，殘留的仍是一個脈沖干擾電壓，只是幅度低些，其中包含了大量的高頻成分，會對電路造成影響，因此不能代替濾波器防止電路工作異常。

55.安裝瞬態抑制器件時，要注意什么問題?

答：保證流過瞬態抑制器件的電流路徑具有最小的阻抗，因此這個路徑上的導線要盡量短，旁路電容的安裝原則同樣適合于瞬態抑制器件的安裝。

56.描述靜電放電對電路造成影響的機理。

答：雙絞靜電放電對電路造成的影響有兩個機理，一個是靜電放電電流直接流進電路，對電路的工作，乃至損壞電路硬件;另一個是靜電放電路徑附近產生很強的電磁場，對電路造成影響。

57.為什么當機箱不是連續導電時，在做靜電放電試驗時往往會出問題?

答：當機箱上有導電不連續點時，會迫使電流尋找另外的泄放路徑，這條路徑也可能是電路本身，從而使靜電放電電流流進電路，產生不良影響;另外，當靜電放電電流流過導電不連續點時，會在這個局部產生較強的電磁輻射，對電路的正常工作產生影響。

58.為什么一個設備如果抗射頻干擾能力強，則一般抗靜電放電能力也強?

答：因為靜電放電產生的也是一種高頻電磁場。以上就是電磁兼容的一些常見問題，希望能給大家幫助。